基于三菱FX系列PLC的过程控制系统设计

【摘 要】本设计通过PLC、变频器、A/D、D/A模块等设备完成对液位、流量等参数的控制，利用PID进行调节校正，实时生成各个参数的趋势曲线图，达到对流量的稳定控制的目的。结构简单，安装方便，操作简单直观，可以长期连续稳定在无人监控下稳定工作。

【关键词】PLC;PID控制;过程控制

0 概述

在工业生产中有时必须对生产过程的某些参数进行控制，使其保持定值或按规律变化，确保生产正常进行，因此精确的参数控制显得尤为重要。本设计基于三菱PLC FX3u可编程控制器，以两个水箱作为控制对象，实现对水箱系统的过程控制。

总体设计方案：通过人机界面对水箱系统的压力、液位、流量给出设定值，通过PLC控制系统运行，使得水箱系统能够按照要求进行工作，人机界面可以实时监控各项数据，并随时对相关参数进行更改。通过温控调节器调节温度。

现场水箱的数据采集后อ经过A/D转换给PLC进行PID处理，PLC处理的结果再经过D/A转换给变频器控制电机的转速，实现对参数的稳定控制。

1 方案设计

1.1 系统模块选型

本系统主要包括PLC控制模块，数模转换单元模块、人机界面监控模块等。

1.1.1 PLC选型

本系统设计采用三菱FX3U系列PLC为核心控制器。该PLC为三菱推出的新型PLC，有丰富的扩展性和新型的功能，具有结构简单，使用灵活且易于维护等特点。

本系统A/D，D/A转化模块选用三菱FX2N-4A/D和FX2N-4D/A。

基于PLC的过程控制装置由上下两个水箱组成，包括流量、液位、压力ส传感器，可以根据所需不同的要求可构成不同的回路，如图2所示该控制系统主要实现流量、压力、液位、温度的自动控制。

1.3 系统软件设计

系统设计中用到的软件主要有：GX Works 用于FX3U程序编辑;GT Designer3用于GOT人机界面编辑。

1.3.1 监控系统功能

完成压力液位数据，变化量变化趋势、PID参数调节以及报警记录的实时显示。

水箱自动调节系统可以将功能分为数据采集和智能调控两个方面：系统时刻采集者流量、温度、压力、液位参数，并根据需要进行自动调整;而且，当液位过低时，它会自动停止加热，避免干烧而产生的危险。

1.4 PID控制器调节

（1）PID控制原理是根据 ッ设定值与实际值之间的偏差，将偏差按比例积分微分通过不同的组合构成控制器，对被控对象进行调整控制。

PID控制器是一种线性负反馈控制器，根据给定值r（t）与实际值y（t）构成控制差：e（t）=r（t）-y（t）

PID控制规律为：Ut=Pe+■■edt+D■+U0

（2）PID具体指令

1）PID指令必须通过A/D将模拟量测定值转换成数字量PLC，因此，对A/D模块的初始化及其采样程序是不可缺少的一部分。

2）PID的指令设定值SV及 PID控制参数群℉参数必须在指令执行之前送入相关的存储器。所以PID指令的初始化程序必须在执行PID指令前完成。

3）用PID指令对设定值SV和测定值PV的差值进行PID运算，并将运算结果送入到MV寄存器。

4）如果是模拟量输出，则还要经过D/A模块将数字量转换成模拟量送到执行器，因此D/A模块的初始化和其读取程序也是必不可少的一部分。

（3）PID调节过程

2）设定流量目标值为100 cm/s，观察流量ฐ当前值随时间的变化;

3）当P值很小时，流量达到设定值的时间较长，当P值很大时，就会出现震荡，流量会在设定值左右变化，误差会较大，此时P值为2;

5）当I值过大时，积分作用不明显，I值过小时，系统会出现震荡，使系统稳定性能降低，此时确定I值为5;

6）设定P值为2，I值为5，改变D值，观察当前值变化;

7）D值越小，微分作用就越弱，D值过大，系统会出现震荡，甚至发散，确定D值为1。

1.5 控制系统流程

1）控制系统流程开始后会进行初始化，包括硬件的复位和软件内部寄存器的清零。

2）打开触摸屏进行所需参数的设定，不然电机无法运行;电机运行后实时数据将显示在触摸屏上，在一定时间内如果未达到理想的要求值时可以重新设定参数来进行调整，直到它达到自己的要求。

3）达到要求值之后可以调整其他参数或者停止设备。

1.6 程序设计与人机界面

采用三菱FX3U系列PLC，进行程序编辑，完成相关控制要求：液位、流量、温度等相关采集量的处理以及反馈。通过人机界面可以对PLC的控制效果实时监控。

2 结束语

基于PLC的过程控制系统的设计，人机界面软件（GT Designer 3）的强大数据处理、图形表现能力和交互能力。PLC实用性广、抗干扰能力强、适用于工业现场的特点，融合了先进的自动化技术、计算机技术，具有可靠性高、维护容易等特点。系统实现了对流量、压力、液位等对象的测量、自动控制和实时监控，具有人机交互功能，监控软件界面美观，操作起来简单明了，程序使用方便灵活，可移植性较高，实现了操控要求。

【参考文献】

[2]常斗南，翟津.三菱PLC控制系统综合应用技术[M].机械工业出版社， 2012.

[3]郁有文，常建，程继红.传感器技术及工程应用[M].西安电子科技大学出版社，2008.

[4]吴贺荣.过程控制系统及仪表实验指导书[Z].青岛大学自动化工程学院.